CARR重水浓缩监控系统改进与实现

为了满足中国先进研究堆(CARR)运行深层次的功能要求,对原有重水浓缩监控系统进行了升级改进,软件界面进行了重新开发设计,提供了友好的人机操作界面,在原系统中增加了“电解电源功率调节”和“通风流量”的监测通道和远程操作员站,实现了重水浓缩生产工艺的自动化控制,提高了重水浓缩的生产效率,保证了重水浓缩系统的安全性和可靠性。另外,CARR重水浓缩监控系统的改进也可为其他反应堆类似系统的实现具有借鉴意义。

CARR安全棒驱动回路核级电磁阀国产化替代与验证

为了满足中国先进研究堆(CARR)运行深层次的功能要求,实现安全棒驱动回路特种电磁阀的国产化是必须和必要的,核级电磁阀的国产替代需要进行一系列相关检查和试验验证,本文对国产核级电磁阀的检查内容和试验验证进行了介绍,通过试验验证了国产核级电磁阀能够满足CARR安全棒系统使用要求,可以替代进口电磁阀。另外,CARR安全棒驱动回路中核级电磁阀实现国产化替代对其他反应堆核级电磁阀的国产化也具有借鉴意义。

中子成像技术在元素分析中的应用

中子成像作为一种快速、直观的无损检测技术,在核工业、航空航天、新能源、地质、考古、先进制造等多个领域得到广泛应用。中子成像利用中子不带电、穿透能力强、对轻元素敏感、可区分同位素和近邻元素等特性,非常适合开展含氢元素、近邻元素和同位素等材料的无损检测。通过概述中子成像技术的基本原理及特点,并结合中国先进研究堆(CARR)中子成像装置上的应用案例,重点综述了国内外中子成像技术在储氢材料、燃料电池、岩石、核燃料元件、古代文物等领域的典型应用。随着中子成像技术的不断发展和广泛应用,有望为我国更多领域研究提供更强有力的技术支撑。

小角中子散射原位热力耦合加载装置

热力耦合近工况条件下材料微观结构的原位实验研究,对于深入理解材料服役性能演化机制十分重要,可给出样品微观上的纳米结构尺度分布。为充分发挥小角中子散射统计性好、取样体积大可开展原位实验等优势,本文基于中国先进研究堆小角中子散射谱仪,设计并研制了一台高温和拉力同时加载的原位实验装置,并实现了高温高压下原位测量材料的纳米尺度形貌变化。实验测试结果表明,装置最大载荷可达20 kN,最高温度800℃,控温精度优于±1℃。利用该装置对镍基单晶高温合金样品进行了原位小角中子散射测试,发现温度拉力条件下样品内部纳米结构的明显变化,表明基于该装置可开展热力耦合加载下的原位小角中子散射实验。该装置及其相应实验方法,可用于核电不锈钢等多种高温结构材料的原位加载实验研究,提供微观结构演化数据。

中国先进研究堆(CARR)的设计特点和创新技术

中国先进研究堆(CARR)是一座多用途、高性能指标的研究堆。本文就其先进技术和设计理念的采用、系统设备的布局、运行模式的确定和应用等设计特点进行了归纳。这些设计特点,体现了CARR设计的先进性、安全性、经济性和创新性,是我国研究堆设计水平的具体体现。CARR的建成和投入运行,将成为中国原子能科学研究院的发展提供重要的科研平台。

中子织构谱仪原位加载装置

原位加载过程中织构演化研究对于深入理解材料在不同变形工艺及服役条件下变形方式和性能演化机制具有重要意义。本文基于中国先进研究堆(CARR)中子织构谱仪,设计并研制了一台专用原位加载装置。该装置的最大加载力为10 kN,加载速率在0.01~3 mm/min范围内连续可调,可绕中子织构谱仪欧拉环χ角在0°~90°旋转、沿装置拉伸轴进行0°~360°自转,以实现多晶材料在原位拉伸和挤压过程中微观结构和体织构实时演变测量。利用该装置对热挤压Mg-1.2Al-0.3Ca-0.47Mn(MMK1)合金原位拉伸过程中织构演化的研究发现,随着拉伸位移的增加,(0002)基面织构强度不断增加,表明该装置可实现多晶材料原位加载过程中织构演化测量。CARR中子织构谱仪原位加载装置的设计和研制,为了解多晶材料微观结构与力学性能关系,尤其是在外部载荷条件下材料结构演化的规律和机理研究提供了重要的技术支撑。

中国先进研究堆(CARR)上的中子散射工程

中子散射技术利用中子不带电、穿透力极强、能直接鉴别核素、较之 X 射线对轻元素灵敏、具有磁矩和粒子、波动二重性等特点,使之成为一种独特的、从原子和分子尺度上研究各种物质结构和微观世界运动规律的高新技术。中国先进研究堆 (CARR)上的中子散射工程将充分利用中国先进研究堆为中子散射工程提供的高通量、具有冷中子源、切向水平孔道等有利条件,建造三台新谱仪,更新原有的五台谱仪,瞄准世界先进水平,建立起研究手段基本配套、基本上覆盖中子散射研究的主要领域、强调应用又具备必要的基础研究能力的中子散射设备,为生命科学、材料科学、物理、化学、地矿、环境等各种学科及工程技术方面的研究,为国防工业和国民经济的应用提供先进的中子散射技术。其最终目标是建立起符合我国国情、其综合研究能力与世界先进水平接轨的中子散射国家重点实验室,使之成为我国二十一世纪中子散射研究和应用的中心及人才培养基地。

CARR保护系统设计

中国先进研究堆(CARR)保护系统采用数字化技术,执行反应堆的安全保护功能,包括反应堆保护和事故后监测两个子系统。本文介绍了CARR保护系统的设计以及技术特点,所采用的技术方案适合于CARR的工程应用,并达到保护系统所要求的系统可靠性和可用性。

CARR堆冷中子瞬发伽玛活化分析系统及实验研究

利用中国先进研究堆(CARR)在国内首次开展了冷中子瞬发伽玛活化分析(CNPGAA)实验,采用定制加长的电制冷高纯锗(HPGe)探测器和先进的数字多道谱仪DSPEC~? -502进行测量,获得了NH_4Cl样品中元素冷中子瞬发伽玛谱和本底谱等数据,同时利用伽玛放射源^(152)Eu、^(137)Cs、^(60)Co以及NH_4Cl产生的瞬发伽玛射线对探测器在宽能区0.1~8MeV进行能量刻度。为降低环境辐射本底,HPGe探测器外围采用环形锗酸铋(BGO)康普顿谱仪,10cm铅以及含~6Li和^(10)B材料对中子束流准直屏蔽。此外,利用金片活化法测量了CARR堆运行功率为15 MW时有无冷源情况下冷中子导管B(CNGB)末端1m处的中子注量率,结果显示有冷源时中子注量率可提高一个量级。

CARR上的应力测量中子衍射谱仪概念设计和模拟研究

中子衍射法是迄今为止可直接测量材料或工程部件内部深处应力场分布的唯一非破坏性方法,在工程上具有重要的应用。中国先进研究堆(CARR)中子散射工程拟建造一台应力测量中子衍射谱仪,其主要功能是测量材料中的残余应力和载荷应力。本文介绍了该谱仪的概念设计方案,并应用蒙特卡罗模拟软件 MCSTAS对设计方案进行了模拟研究,对部分中子部件参数进行了优化设计。

CARR核测量系统设计

核测量系统是CARR仪表控制系统重要的组成部分,该系统监测CARR堆芯外中子注量率并向保护系统、ATWS缓解系统、功率调节系统等提供功率水平信号。本文阐述CARR核测量系统的设计,介绍CARR核测量系统的系统结构、堆外探测器、监测装置和技术特点。

中国先进研究堆(CARR)冷中子源装置设计

对中国在建的核功率为60 MW的中国先进研究堆中冷中子源系统的设计作了总体描述。该冷中子源采用液氢作为慢化剂,主要由两个分系统氢循环系统和氦制冷系统构成。氢循环系统中的冷包设计为带氦助冷通道的液氢层为月牙形的冷包。氢在连接冷包与氢氦换热器的单管内进行两相热虹吸循环。冷包材料和慢化剂氢的核发热通过氦制冷系统产生的冷氦带走,氦制冷系统采用带液氮预冷的逆布雷顿制冷循环。

中国先进研究堆(CARR)工程燃料组件设计验证试验

中国先进研究堆(CARR)采用的燃料组件在国内尚属首次加工与使用。为了保证燃料组件的完整性和安全性,满足堆安全运行的需要,对燃料板和组件的结构稳定性、流致振动、临界流速、热循环、堆内辐照等进行了设计验证试验。结果表明,CARR燃料组件的设计和加工工艺是合理的,谈组件在反应堆实际运行条件下是稳定和安全的。

CARR应急堆芯冷却系统停堆冷却措施分析

停堆后的冷却问题是中国先进研究堆(CARR)重要的安全问题之一。CARR应急堆芯冷却系统是一套多功能、高度安全可靠的专设安全设施,它在反应堆正常运行时执行池水冷却功能;在正常停堆和事故停堆过程中执行应急堆芯冷却功能;还执行应急热阱选择、系统供电方式、回路阻力分析、阀门开关设置等方面的处理,使系统在两种功能的切换中不需要人为操作,依靠流量的自动匹配来满足正常运行和事故运行的要求。体现了CARR的安全性、先进性和经济性。本文以核安全法规和导则为前提,以满足系统功能为基础,首先介绍了CARR应急堆芯冷却系统的功能、主要参数和流程。根据CARR的实际情况,对应急堆芯冷却系统的停堆冷却措施和典型事故进行了分析,论证了该系统是如何在正常停堆和事故停堆状态下实现非能动堆芯冷却的。

CARR控制棒物理设计计算

中国先进研究堆(CARR)是一座高性能、多用途新型研究堆。CARR的控制棒物理计算是一个难点,本文采用Monte Carlo方法计算CARR的控制棒物理特性。物理计算的结果直接指导控制棒的结构设计和加工。

CARR数字化监控系统设计

介绍了中国先进研究堆(CARR)数字化监控系统的组成及其功能,CARR设计采用了可靠的软硬件设计平台、通讯网络、现场I/O主控单元、数据服务器等冗余设计技术以及系统故障诊断及故障监视等技术。目前,该系统已经完成了厂家设计工作,通过了出厂验收,即将进入设备现场安装和调试。

CARR冷中子源物理方案研究

冷中子源是中国先进研究堆(CARR)作为应用平台开展中子散射实验的重要系统。本文建立了可开展冷中子源装置氢系统物理方案研究的计算程序和方法。对影响核发热和冷中子增益的多种因素进行了计算和优化选择,确定了氢系统物理方案。分析结果表明:符合CARR冷中子源自身特点且在国际上具有创新意义的月牙形冷包结构,在核发热量较小的条件下获得了较好的冷中子增益。

CARR全数字化控制系统

中国先进研究堆(CARR)是一座安全可靠、高技术性能、多用途的先进研究堆,CARR的仪表控制系统采用了先进的全数字化设计技术,由数字化反应堆保护系统和事故后监测系统、未能紧急停堆的预计瞬态(ATWS)系统、反应堆监控系统及自动开堆和功率调节系统等子系统组成。本文介绍了CARR仪表控制系统各个子系统的组成及功能。

CARR ATWS缓解系统设计

为保证事故工况下反应堆的安全,CARR除设置保护系统外,还设置了ATWS缓解系统。本文介绍了CARR ATWS缓解系统的功能与组成以及技术特点,系统采用数字化技术,并进行了试验验证,其可靠性达到了CARR工程应用的要求。

CARR乏燃料在49-2游泳池式反应堆使用的堆芯方案研究

49-2游泳池式反应堆(简称49-2堆)在我国研究堆领域有不可替代的优势。中国先进研究堆(CARR)的平均卸料燃耗仅有32%～33%,远低于燃料考验达到的最大燃耗71.8%,有继续使用的潜力。根据49-2堆各系统、应用需求和CARR乏燃料的特点,研究了CARR乏燃料在49-2堆直接再使用的堆芯方案,计算了物理和热工参数,并进行了典型事故分析。结果表明:新设计的5 MW堆功率适中,满足反应性控制、温度、压力、温度系数、屏蔽等方面的安全要求;在主要的设计基准事故下堆芯是安全的;在中子注量率的大小和均匀性、辐照孔道有效长度、燃料温度、换料周期等方面优于现49-2堆,满足后续科研生产需求。